序論：好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程，我們?yōu)槟扑]一篇汽車領(lǐng)域計算機仿真技術(shù)探討范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質(zhì)，帶來更深刻的閱讀感受。

汽車領(lǐng)域計算機仿真技術(shù)探討:汽車領(lǐng)域計算機仿真技術(shù)研究

【摘要】隨著控制理論、計算技術(shù)、計算機科學(xué)與技術(shù)的飛速發(fā)展,系統(tǒng)科學(xué)研究的深入,計算機仿真技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展為一門新的學(xué)科。信息處理技術(shù)的突飛猛進,更使得仿真技術(shù)得到了迅速發(fā)展。計算機仿真技術(shù)是分析和研究系統(tǒng)運行行為、揭示系統(tǒng)動態(tài)過程和運動規(guī)律的一種重要手段和方法。本文分析了轎車產(chǎn)品的特點，研究了計算機仿真技術(shù)在轎車全生命周期中不同階段的應(yīng)用現(xiàn)狀，以及相關(guān)技術(shù)思想的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】計算機；仿真技術(shù)；轎車；發(fā)展

1前言

計算機仿真技術(shù)是一門利用計算機軟件模擬實際環(huán)境進行科學(xué)實驗的技術(shù)。它具有經(jīng)濟、可靠、實用、安全、靈活、可多次重復(fù)使用的優(yōu)點,已經(jīng)成為對許多復(fù)雜系統(tǒng)進行分析、設(shè)計、試驗、評估的必不可少的手段。它是以數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ),以計算機和各種物理設(shè)施為設(shè)備工具,利用系統(tǒng)模型對實際的或設(shè)想的系統(tǒng)進行試驗仿真研究的一門綜合技術(shù)。

2計算機仿真技術(shù)的發(fā)展

計算機仿真技術(shù)主要是隨著計算機技術(shù)、計算技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、復(fù)雜系統(tǒng)建模技術(shù)和專業(yè)建模技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。從歷史上看,計算機仿真大致經(jīng)歷了四個發(fā)展階段:

2.1模型試驗

最原始的仿真思想,其模型試驗是基于物理模型進行的,缺乏柔性和精度。

2.2數(shù)字化仿真

采用計算機進行分析計算,但是計算結(jié)果表達(dá)局限于記錄文件和圖表上,缺乏直觀形象。

2.3圖像化仿真

大量采用豐富的圖形圖像技術(shù)來表達(dá)仿真結(jié)果,如三維圖形。

2.4虛擬現(xiàn)實技術(shù)

不光采用三維圖形技術(shù)表達(dá)計算結(jié)果,而且采用特殊裝置,如戴上三維數(shù)據(jù)頭盔,觸摸儀器等,使人有身臨其境的效果。

3計算機仿真技術(shù)的關(guān)鍵

目前,計算機仿真計算的關(guān)鍵技術(shù)主要包括:

3.1面向?qū)ο蟮姆抡?

(object-OrientedSimulation-OOS)其主要是將整個系統(tǒng)的功能設(shè)計和實現(xiàn)歸屬為對對象的操作及對象信息的彼此綜合利用來實現(xiàn),對象間信息的傳送引起了系統(tǒng)的活動。

3.2分布交互仿真

(DistributedInteractiveSimulation-DIS)主要是通過計算機網(wǎng)絡(luò)將分散在各地的仿真設(shè)備互連,構(gòu)成時間與空間互相耦合的虛擬仿真環(huán)境。

3.3智能仿真

(IntelligenceSimulation-IS)主要是以知識為核心和人類思維行為作背景的智能技術(shù),引入整個建模與仿真過程,構(gòu)造各處基本知識的開發(fā)途徑。是人工智能(如專家系統(tǒng)、知識工程、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等)與仿真技術(shù)(如仿真模型、仿真算法、仿真語言、仿真軟件等)的集成化。

3.4人機和諧仿真

主要包括可視化仿真、多媒體仿真、虛擬現(xiàn)實仿真。[1]

4計算機仿真技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用

汽車產(chǎn)業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)之一，具有極大的發(fā)展?jié)摿?。尤其是在轎車生產(chǎn)方面同其他發(fā)達(dá)國家相比還有很大差距，入世必然會對我國的民族轎車工業(yè)產(chǎn)生一定的沖擊。為了抵御這種沖擊，迫切要求我們認(rèn)真分析世界轎車工業(yè)發(fā)展的新趨勢，學(xué)習(xí)和借鑒其中的新思想和新技術(shù)，使我國的轎車產(chǎn)業(yè)能夠順利地同國際接軌，爭取在未來的競爭中處于有利的位置。目前世界轎車工業(yè)的激烈競爭集中反映在降低生產(chǎn)成本上，即以價格優(yōu)勢去爭奪市場。圍繞著成本的降低，出現(xiàn)了許多新的發(fā)展趨勢，如開發(fā)周期縮短化、生產(chǎn)管理精益化、目標(biāo)成本控制化、零部件采購全球化等等。在這種情況下，傳統(tǒng)的轎車設(shè)計開發(fā)過程顯得周期過長、成本過高、而且效率低下，已經(jīng)很難適應(yīng)激烈的市場競爭的需要。為了解決這些問題，各種新的思想和技術(shù)紛紛出現(xiàn)，并被各大轎車生產(chǎn)廠家所采用，其中計算機仿真技術(shù)就是被廣泛應(yīng)用的技術(shù)之一。仿真技術(shù)是出自對系統(tǒng)研究的需要，用系統(tǒng)的模型對真實的或設(shè)計中的系統(tǒng)進行試驗，以達(dá)到分析、研究和設(shè)計該系統(tǒng)的目的而計算機仿真就是利用現(xiàn)代計算機技術(shù)，對待分析的系統(tǒng)進行數(shù)字建模，并根據(jù)需要編制相應(yīng)的程序?qū)ο到y(tǒng)模型進行仿真分析的過程。計算機仿真技術(shù)為轎車產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)提供了強有力的工具和手段。通過將計算機仿真技術(shù)全面應(yīng)用于轎車產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)過程，使得在設(shè)計階段即可以對產(chǎn)品的全生命周期進行分析和測,[2]從而保證了產(chǎn)品的制造要求、使用要求、維護要求、銷毀要求等。由于其先進性和革命性，計算機仿真技術(shù)已經(jīng)得到汽車界的廣泛重視。如福特公司第一輛樣車定型之前，已經(jīng)完成了全部仿真分析的95%以上，可以在工程開發(fā)階段節(jié)省四千多萬美元，在制造階段節(jié)省超過十億美元。通用公司由于在轎車設(shè)計開發(fā)過程中全面采用了計算機仿真技術(shù)，使得開發(fā)時間由原來的39個月減少到24個月奔馳汽車公司1998年之前已經(jīng)完成了數(shù)字化轎車的設(shè)計，并實現(xiàn)了較強的虛擬顯示技術(shù)，可以在設(shè)計階段對轎車的總體性能匹配和車身系統(tǒng)布置設(shè)計等進行仿真分析、評價和改進。

4.1計算機仿真技術(shù)在轎車方案階段的應(yīng)用

方案階段的主要任務(wù)是根據(jù)市場的發(fā)展和客戶的需求等信息進行需求定義，包括參考樣車選型、系統(tǒng)功能定義、技術(shù)經(jīng)濟評價等等。在方案階段實際系統(tǒng)并不存在，設(shè)計人員根據(jù)不同的功能模型建立系統(tǒng)的動態(tài)模型，以便于比較不同方案的優(yōu)劣。盡管此時模型的粒度較粗，但仍可為設(shè)計人員提供不同方案下的比較分析結(jié)果，并為進一步的設(shè)計提供決策依據(jù)。例如，轎車的技術(shù)經(jīng)濟評價就是在方案階段，對轎車產(chǎn)品的技術(shù)質(zhì)量信息、成本信息以及競爭對手信息進行建模，并在此基礎(chǔ)上運用合適的理論方法綜合處理這些模型，從而產(chǎn)生出可以對設(shè)計、管理與決策提供依據(jù)的綜合知識。

4.2計算機仿真技術(shù)在轎車設(shè)計階段的應(yīng)用

在轎車的設(shè)計階段，各種CAD/DAE工具已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，具有比較完善的數(shù)字化基礎(chǔ)。因此這個階段的仿真活動是同這些計算機輔助工具緊密結(jié)合的，甚至可以直接將CAD產(chǎn)品模型作為仿真模型輸入，即由CAD軟件來完成仿真建模工作，實現(xiàn)了部分的信息集成。這種信息集成是以一些圖形信息交互標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的，常用的格式有IGES、STEP等。但在實際使用時，由于各種軟件對這些標(biāo)準(zhǔn)支持程度的差別，某些情況下CAD模型直接導(dǎo)入到仿真軟件中會產(chǎn)生部分信息丟失現(xiàn)象，需要進行必要的修補工作后才能進行仿真分析。隨著信息集成技術(shù)的發(fā)展，這些問題將會得到很好的解決。[3]

4.3計算機仿真技術(shù)在轎車制造階段的應(yīng)用

這里的制造主要是從技術(shù)角度出發(fā)，對產(chǎn)品的制造工藝的進行數(shù)值模擬與優(yōu)化，對制造裝備的進行數(shù)值模擬與改進。典型的如轎車車身覆蓋件沖壓成型工藝的數(shù)值模擬、模具型面拋光仿真等等。以轎車車身覆蓋件沖壓成型工藝為例，轎車中金屬沖壓件占到總重量的3/4，整個轎車的開發(fā)周期中，近40%的時間用于車身的設(shè)計和定型。采用傳統(tǒng)的試錯方法來解決沖壓成型中的工藝問題已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代轎車生產(chǎn)的需要。[4]在計算機仿真技術(shù)的支持下，通過在計算機上建立數(shù)字化模型，用有限元方法進行成型模擬，可以全面了解板料在成型過程中的應(yīng)力、應(yīng)變及厚度分布，預(yù)測成型缺陷，從而給設(shè)計人員提供進行工藝分析和模具設(shè)計的科學(xué)依據(jù)。通常所用的仿真/分析軟件有CATIA、ANSYS、ADAMS、SIMPACK等。在西方發(fā)達(dá)國家，板料沖壓成型的數(shù)值模擬技術(shù)已經(jīng)稱為縮短模具產(chǎn)品研制周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的必不可少的手段和工具。

4.4計算機仿真技術(shù)在轎車生產(chǎn)線階段的應(yīng)用

計算機仿真技術(shù)在轎車生產(chǎn)線階段的主要應(yīng)用包括確定生產(chǎn)管理控制策略、車間層的設(shè)計和調(diào)度、庫存的規(guī)劃管理等。其中用于生產(chǎn)管理控制策略的仿真包括確定有關(guān)參數(shù)以及用于不同控制策略之間的比較；用于車間設(shè)計和調(diào)度的仿真主要用于對各種可能方案進行分析評價，進而選擇出最優(yōu)方案；用于庫存管理的仿真主要目的為確定訂貨策略、確定訂貨點和訂貨批量、確定倉庫的分布、以及確定安全庫存水平等等。[5]

4.5計算機仿真技術(shù)在轎車銷售階段的應(yīng)用

在轎車的銷售階段，可以根據(jù)收集到的客戶和對手的信息，通過計算機仿真手段來分析和比較各種方案，進而調(diào)整市場價格、制訂銷售策略等等。[6]

4.6計算機仿真技術(shù)在轎車使用階段的應(yīng)用

轎車的使用階段，可以通過計算機仿真技術(shù)對用戶進行駕駛培訓(xùn)、維修培訓(xùn)等。同生產(chǎn)設(shè)計階段的仿真相比，這種面向用戶的仿真大量應(yīng)用了虛擬現(xiàn)實技術(shù)，由計算機全部或部分生成的多維感覺環(huán)境，使參與者產(chǎn)生沉浸感。通過這個虛擬環(huán)境，人們可以進行觀察、感知和決策等活動。[7]

4.7計算機仿真技術(shù)在轎車回收階段的應(yīng)用

在回收階段，計算機仿真技術(shù)可以用于對產(chǎn)品拆卸分解過程提供決策支持。嚴(yán)格的說，產(chǎn)品的可拆卸性應(yīng)該是在設(shè)計階段就予以考慮的因素。產(chǎn)品材料的使用和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理性，直接影響廢舊產(chǎn)品的可拆卸和回收價值。利用計算機仿真技術(shù)對產(chǎn)品回拆卸序列的分析和優(yōu)化，可以對現(xiàn)有產(chǎn)品給出最大回收價值的拆卸方案。

作者：孫斌 單位：沈陽理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院

汽車領(lǐng)域計算機仿真技術(shù)探討:汽車催化器設(shè)計中計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用

[摘要]

隨著汽車發(fā)動機及排放技術(shù)的發(fā)展，催化器的設(shè)計也對工程師提出了越來越高的要求，本文主要介紹了計算機仿真技術(shù)，特別是CAE和CFD技術(shù)在汽車催化轉(zhuǎn)化器設(shè)計中的應(yīng)用。CAE以及CFD技術(shù)的應(yīng)用，大幅縮短了汽車催化器設(shè)計的周期，且降低了設(shè)計成本，使催化器產(chǎn)品的可靠性得到顯著提升。相關(guān)的分析工作表明催化器支架設(shè)計前，應(yīng)首先對整體結(jié)構(gòu)的模態(tài)進行評價，根據(jù)振動形式的分布來確定支架的布置方向；流場的合理性對產(chǎn)品的性能產(chǎn)生重要影響，載體前端部分要盡量避免過小的轉(zhuǎn)彎半徑導(dǎo)致的紊流現(xiàn)象。

[關(guān)鍵詞]CAE；模態(tài)；剛度；沖壓工藝

1前言

近年來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，汽車已經(jīng)走進眾多的家庭，正逐步從奢侈品變?yōu)槌鞘猩畹谋匦杵?。汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶給人們出行便捷的同時，也帶來了日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，對人體健康造成了損害[1]。因此尾氣排放成為了評價整車性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。國Ⅳ、國Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)的制定和執(zhí)行，愈發(fā)體現(xiàn)出了催化器對整車性能的重要性，隨著發(fā)動機技術(shù)的不斷發(fā)展，對催化器的設(shè)計也提出了更高的要求，緊耦合式歧管、渦輪增壓技術(shù)都使催化器的結(jié)構(gòu)朝著異形化的方向發(fā)展，催化轉(zhuǎn)化器在設(shè)計中不但要滿足高溫、強震動下的剛度要求，更要實現(xiàn)最優(yōu)化的內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)。

2模態(tài)分析對結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響

作為汽車發(fā)動機排氣系統(tǒng)的重要組成部分，催化器決定了汽車排放性能的優(yōu)劣。隨著汽車排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提升，催化器的位置也越發(fā)靠近發(fā)動機熱端，目前常見的排放系統(tǒng)，常常將催化器布置在發(fā)動機排氣歧管或是渦輪增壓器的出口位置，這也使得催化器處于高溫、強振的工作環(huán)境中。為了滿足排氣系統(tǒng)的使用壽命的要求，在催化器的設(shè)計階段，就必須考慮結(jié)構(gòu)的強度、剛度和耐久性能，而這其中，催化器的模態(tài)對催化器的性能至關(guān)重要，目前的四缸發(fā)動機設(shè)計準(zhǔn)則中，一般要求催化器在高溫下的一階模態(tài)達(dá)到210Hz[2]。

2.1邊界條件的設(shè)定

2.1.1溫度邊界條件催化器是一種典型的流固耦合模型，尾氣的高溫對催化器的性能有很大的影響，根據(jù)材料力學(xué)性能的試驗數(shù)據(jù)，800℃時的不銹鋼材料性能大約只有常溫下材料性能的1/6，因此進行模態(tài)分析時必須要考慮溫度場帶來的影響。由于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得載體區(qū)域壁面溫度較高，約為800~900℃，非載體區(qū)域的壁面溫度在400~500℃之間。

2.1.2材料屬性的定義在模態(tài)計算時，需要定義的材料屬性有彈性模量、泊松比以及材料的密度，這其中彈性模量隨溫度的升高會產(chǎn)生明顯的下降。通過實驗手段測得不銹鋼材料彈性模量隨溫度的變化關(guān)系，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)曲線擬合成二次多項式：將此公式作為模態(tài)分析時彈性模量的輸入。材料的密度隨溫度的變化并不明顯，因此按照常溫下的材料密度值進行設(shè)定，泊松比一般取在0.2~0.3之間。對于排氣管內(nèi)的氣體，假設(shè)其為理想氣體，是單向的牛頓流體，在進行計算時，設(shè)定其可壓縮性對計算結(jié)果會產(chǎn)生明顯影響，馬赫數(shù)MH=V/a，V為當(dāng)?shù)厮俣?，a為當(dāng)?shù)匾羲伲划?dāng)MH＜0.3時，為不可壓縮，當(dāng)MH≥0.7時肯定為可壓縮流體，如果用不可壓縮法計算，結(jié)果就會有明顯的差別[3]。

2.2計算結(jié)果

2.2.1初始設(shè)計結(jié)構(gòu)在初始設(shè)計中，考慮到發(fā)動機安裝空間的情況，將催化器支架設(shè)計成為圖1中右側(cè)的結(jié)構(gòu)，該支架與中間段軸線呈傾斜布置，該方案的一階模態(tài)160Hz，沒有達(dá)到催化器的設(shè)計要求。而在后續(xù)的臺架試驗中，催化器的確在在中間段位置出現(xiàn)了多次斷裂。說明該設(shè)計方案的確不能滿足剛度要求。改進方法主要針對催化器支架進行，通過對支架的位置、走向進行優(yōu)化及整體剛度的調(diào)整[4]。

2.2.2改進方案將支架設(shè)計成了對稱的“雙L”型結(jié)構(gòu)，并且支架的布置方向與中間段軸線垂直。該支架作用下的整體模態(tài)達(dá)到300Hz，滿足設(shè)計要求，并且支架沒有增加安裝孔位，便于裝配。該方案在臺架試驗中也取得了良好的效果，200小時振動耐久試驗以及250h熱沖擊試驗均達(dá)到了滿意的效果；另外，良好的裝配工藝性，也在后續(xù)的量產(chǎn)中收獲了不錯的效果，裝配效果更加穩(wěn)定。

2.3模態(tài)計算與支架設(shè)計

通過多個類似催化器支架的設(shè)計，得到這樣的設(shè)計經(jīng)驗：支架的走向?qū)φw結(jié)構(gòu)的模態(tài)有明顯的影響。產(chǎn)品振動的角度和中間段軸線基本垂直，這恰好與改進方案中的支架走向一致；而初始設(shè)計方案中的支架走向與催化器主體結(jié)構(gòu)的振動方向存在一定的角度，從而影響了支架的效果，使剛度無法滿足要求。因此，我們在催化器支架的設(shè)計初期，首先要關(guān)注主體結(jié)構(gòu)的振動形式，并根據(jù)振動的方向來設(shè)計支架走向，保證催化器支架能最大限度的提升整體結(jié)構(gòu)的剛度。

3CFD分析對催化器流道設(shè)計的影響

催化轉(zhuǎn)化器的內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)會對排氣性能產(chǎn)生很大影響，在設(shè)計時需要充分考慮流場對氣流走向、壓力損失、流速均勻、載體前端流場偏心等參數(shù)的影響。在早期的排氣系統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)計師更多通過經(jīng)驗來判斷流場的結(jié)構(gòu)是否合理；而隨著CFD技術(shù)的不斷發(fā)展，人們已經(jīng)能通過計算機仿真來真實的模擬流場內(nèi)部的氣流情況。圖2是某渦輪增壓發(fā)動機催化器的設(shè)計方案，由于裝車環(huán)境的限制，流場在前錐出現(xiàn)較大拐角。通過CFD分析，我們得到了圖2所示的流場分布結(jié)果。能夠看出，流場在載體及后錐等部分氣流速度分布規(guī)則、流場均勻，而在前錐位置，由于過大的拐角，導(dǎo)致氣流在拐彎后的錐形區(qū)域形成渦流。載體前部渦流會影響流入載體截面氣流的均勻性，影響催化轉(zhuǎn)化效果；另外，嚴(yán)重的渦流可能會加快襯墊的吹蝕，造成載體堵塞等嚴(yán)重失效。因此，我們對催化器前錐進行了優(yōu)化，我們發(fā)現(xiàn)，氣流在拐彎后沒有足夠的直線管道來幫助氣流方向恢復(fù)穩(wěn)定，因此優(yōu)化時應(yīng)該考慮在拐彎后增加適當(dāng)?shù)闹本€管路；另外，氣流在拐彎內(nèi)側(cè)部分氣流速度最大，并在該處形成離心現(xiàn)象，導(dǎo)致后方氣流整體向下偏移，影響載體截面氣流的偏心率，所以增大拐彎半徑，降低氣流的離心現(xiàn)象，也會對整體氣流有優(yōu)化作用；最后我們發(fā)現(xiàn)，過大的錐形區(qū)域也給渦流的產(chǎn)生提供的空間，設(shè)計時合理的減小該錐形空間，能夠減小渦流產(chǎn)生的規(guī)模，提高整體流場的穩(wěn)定性。根據(jù)該思路，對催化器前端的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，綜合考慮各個因素后，將載體向后平移了15mm，這樣就為催化器前端創(chuàng)造了更大的空間，考慮到盡量減小錐形區(qū)域，因此設(shè)計成圖3所示相對扁平的錐體結(jié)構(gòu)，再配合一根弧度更大的彎管，完成了優(yōu)化后的方案。優(yōu)化后的流場在催化器前端的流動更加平穩(wěn)，由于彎管的弧度增大，氣流在拐彎前后的分布更加均勻，錐形空間的減小也大大限制了渦流區(qū)域的影響，通過進一步計算，該方案氣流在載體截面的均勻度為0.98、偏心率為0.1，應(yīng)該說流場的分布情況滿足了設(shè)計要求。

4結(jié)論

1）在催化器支架設(shè)計時，應(yīng)充分考慮整體結(jié)構(gòu)在發(fā)動機上的布置形式、布置方向及其隨發(fā)動機工作時的主要振動方向，催化器的主要振動方向是其剛度的薄弱方向；

2）催化器支架設(shè)計前，應(yīng)首先對整體結(jié)構(gòu)的模態(tài)進行評價，通過CAE手段得到其整體結(jié)構(gòu)在各階固有頻率（主要是一階固有頻率）下的振動形式，根據(jù)振動形式的分布，來確定支架的布置方向；

3）流場的合理性對產(chǎn)品的性能產(chǎn)生重要影響，載體前端部分要盡量避免過小的轉(zhuǎn)彎半徑，小半徑彎管不但工藝實現(xiàn)比較復(fù)雜，對流場的均勻性也帶來不利影響；另外，在角度突變的區(qū)域應(yīng)該避免出現(xiàn)較大錐形空間出現(xiàn)。

作者：董曉菲 單位：天津卡達(dá)克汽車高新技術(shù)公司

汽車領(lǐng)域計算機仿真技術(shù)探討:汽車?yán)碚摻虒W(xué)中計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用

1課程教學(xué)方法探討

汽車?yán)碚撌且婚T涉及內(nèi)容較多、理論性很強、綜合多個學(xué)科的專業(yè)課程，不同于其他汽車專業(yè)課程那么形象直觀，學(xué)生普遍反映難以掌握。根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容及其特點，選擇適用的教學(xué)方法是提高教學(xué)效果的關(guān)鍵。對于基本概念、工作原理、受力分析圖、曲線圖、數(shù)據(jù)表以及一些結(jié)論性的知識點，可以采用多媒體中的文字、圖表和動畫等方法展示，既可達(dá)到直觀明了的效果，又可提高教學(xué)效率。涉及公式推導(dǎo)和受力分析內(nèi)容的，宜采用傳統(tǒng)的黑板板書教學(xué)方式。因為傳統(tǒng)的黑板推演過程更能容易引導(dǎo)學(xué)生進行邏輯思維和抽象思維，對得到的結(jié)論印象也會更加深刻。對于比較復(fù)雜、抽象的教學(xué)內(nèi)容，可以應(yīng)用計算機仿真平臺通過動畫視頻，以及現(xiàn)場調(diào)取模型進行分析等方式輔助教學(xué)，將其形象化以提高學(xué)生的感性認(rèn)識，避免了讓教師空洞地陳述、學(xué)生想象地去理解的局面，從而提高教學(xué)效果。對于汽車性能實驗，特別是汽車的操縱穩(wěn)定性和平順性實驗，由于實驗條件的限制多數(shù)無法開展。而通過應(yīng)用計算機仿真技術(shù)可以設(shè)計與實施一些虛擬仿真實驗，從而彌補了實驗教學(xué)內(nèi)容的不足。汽車?yán)碚撜n程除理論教學(xué)和實驗教學(xué)內(nèi)容之外，一般還附帶課后作業(yè)、課外大作業(yè)、課堂演講以及后續(xù)汽車?yán)碚撜n程設(shè)計等環(huán)節(jié)，由于課后題目一致、項目任務(wù)單一、可用的計算工具也比較局限(常用Excel或Matlab)，往往造成大量抄襲，不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)與公正的評價?？梢钥紤]以項目為驅(qū)動將多種計算機仿真技術(shù)融入實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，以加深學(xué)生對理論知識的理解，并激發(fā)學(xué)習(xí)和研究的興趣。在教學(xué)過程中，需要根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段，結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)方法與現(xiàn)代教學(xué)方法，使其發(fā)揮各自優(yōu)勢才能獲得更好的教學(xué)效果。

2計算機仿真技術(shù)應(yīng)用方法探討

在汽車?yán)碚摻虒W(xué)中，合理應(yīng)用計算機仿真技術(shù)將對課程的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果、對后續(xù)課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計，以及對學(xué)生工程軟件應(yīng)用能力的培養(yǎng)帶來很大的幫助。下面將從如下幾點探討其應(yīng)用方法：

2.1建立汽車性能仿真分析輔助教學(xué)模型庫

首先應(yīng)根據(jù)汽車?yán)碚摻滩?，結(jié)合學(xué)生的具體理解情況，合理選擇應(yīng)用點，對某些重點、難點以及不易講述的地方，考慮能否應(yīng)用計算機仿真技術(shù)進行輔助教學(xué)。應(yīng)用計算機仿真軟件建立汽車性能仿真分析實例庫與模型庫，在課程教學(xué)中可以隨時調(diào)用視頻錄像與仿真模型，將汽車的一些結(jié)構(gòu)運動、參數(shù)調(diào)整、性能分析、曲線變化等復(fù)雜問題在課堂中進行動態(tài)仿真演示。這樣老師就可以方便地進行講解，并給學(xué)生提供了直觀、形象的過程與結(jié)論，學(xué)生理解起來會更容易。同時在教學(xué)過程中，向?qū)W生展示計算機仿真技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，還可激發(fā)學(xué)生利用相關(guān)軟件對理論知識進行學(xué)習(xí)和應(yīng)用，為后續(xù)課外實踐、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)打下基礎(chǔ)。由于課程所涉及的應(yīng)用點可能較多，所以模型庫建設(shè)之初，工作量較大，不過這對學(xué)校精品課程建設(shè)和直接改善課程教學(xué)效果來說是十分必要且一勞永逸的。

2.2各種仿真軟件在專業(yè)教學(xué)中的優(yōu)勢

根據(jù)不同計算機仿真軟件的專業(yè)優(yōu)勢，合理應(yīng)用于汽車?yán)碚摻虒W(xué)中，使復(fù)雜問題的分析變得直觀、清晰，并能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。Matlab軟件是進行汽車性能計算的常用工具，具有強大的數(shù)值計算和圖形功能，可以方便地完成各種汽車性能的計算；同時，利用Matlab的數(shù)值計算函數(shù)和Simulink模塊，可以對汽車?yán)碚撝袕?fù)雜的過程進行仿真分析和求解。這些計算和分析的結(jié)果都可以通過Matlab提供的可視化手段呈現(xiàn)給學(xué)生，有助于清晰地闡釋抽象的概念。[4]車輛性能仿真軟件CRUISE是一款專門為汽車傳動系統(tǒng)匹配而設(shè)計的整車性能仿真軟件。模塊化的建模方式將整車分為發(fā)動機、離合器、變速箱、主減速器等汽車模塊，同時設(shè)有循環(huán)行駛工況、爬坡性能分析、穩(wěn)態(tài)行駛性能分析等計算任務(wù)，可方便地進行傳統(tǒng)汽車、新能源汽車整車動力性、經(jīng)濟性計算與動力裝置參數(shù)的匹配分析。與Matlab軟件不同的是，該軟件建模方便，不同的模塊參數(shù)和計算任務(wù)可以詳細(xì)、方便地進行設(shè)置，更加接近汽車實際模型，計算結(jié)果也更加精確。該軟件在汽車動力傳動系統(tǒng)仿真方面具有其他仿真軟件無法比擬的專業(yè)性和靈活性，在國內(nèi)外汽車行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。ADAMS是一款在汽車行業(yè)應(yīng)用較為廣泛的機械系統(tǒng)多體動力學(xué)仿真軟件，其中ADAMS/CAR模塊為一款整車設(shè)計軟件包，它能夠快速建造高精度的整車虛擬樣機模型，通過高速動畫，直觀地再現(xiàn)各種虛擬實驗工況下整車的動力學(xué)響應(yīng)，大大減少了對物理樣機的依賴。在汽車?yán)碚摻虒W(xué)中，可通過ADAMS/CAR在虛擬環(huán)境中實現(xiàn)懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運動分析，同時還可進行汽車操縱穩(wěn)定性和平順性等相關(guān)的仿真實驗，解決了由于客觀條件限制不能進行的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)。另外，在汽車仿真技術(shù)研究領(lǐng)域還有ADVISOR，CarSim/TruckSim等工程軟件，憑借自身的優(yōu)勢和特點，應(yīng)用也較為廣泛。2.3計算機仿真技術(shù)在項目驅(qū)動實踐教學(xué)模式中的作用目前多數(shù)汽車?yán)碚摻虒W(xué)進行的課后作業(yè)、課外大作業(yè)和汽車?yán)碚撜n程設(shè)計，以Matlab軟件應(yīng)用較為廣泛。通過Matlab軟件進行編程計算可對汽車的多項性能進行分析，但是應(yīng)用Matlab使學(xué)生過多偏重于公式計算與編程，具有一定的局限性。而且，單一的課題任務(wù)往往伴隨大量的抄襲，不利于學(xué)生獨立解決問題與公正的評價。以多類課題項目為驅(qū)動將不同計算機仿真軟件應(yīng)用于汽車?yán)碚摳鱾€實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，可解決上述問題。[5]實施過程中，需要構(gòu)建多個貼合汽車實際使用性能的課題項目，并以同類型仿真軟件的應(yīng)用進行分組學(xué)習(xí)和指導(dǎo)，使學(xué)生在項目學(xué)習(xí)及完成過程中加深對理論知識的理解及實際應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生實際分析問題、解決問題的能力。

3計算機仿真技術(shù)應(yīng)用實例

3.1Matlab軟件應(yīng)用實例

汽車的動力性是汽車各種性能中最基本、最重要的性能。其中，在繪制一下曲線圖，如驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖時，以往的教學(xué)方法基本是課堂講授曲線的作圖方法，給一個課本已經(jīng)繪制好的某車型的曲線，然后由曲線分析汽車各檔的驅(qū)動力的變化。可根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)矩擬合公式、驅(qū)動力計算公式、行駛阻力計算公式及車速計算公式，

3.2CRUISE軟件應(yīng)用實例

利用CRUISE軟件模塊庫，可快速搭建傳統(tǒng)汽車及新能源汽車動力傳動系統(tǒng)仿真模型，通過設(shè)置計算任務(wù)，對整車動力性、經(jīng)濟性等進行仿真計算。同時，軟件自身也提供了多種汽車模型模板，便于初學(xué)者進行學(xué)習(xí)。圖3為軟件自身提供的傳統(tǒng)后輪驅(qū)動汽車(FR)動力傳動系統(tǒng)仿真模型，通過設(shè)置計算任務(wù)，可得到豐富的有關(guān)汽車動力性、經(jīng)濟性的文本和圖表結(jié)果分析文件。為設(shè)置UDC循環(huán)工況后，計算得到的發(fā)動機工作點分布示意圖，可對發(fā)動機與整車動力裝置參數(shù)進行匹配分析提供依據(jù)。

3.3ADAMS軟件應(yīng)用實例

在汽車?yán)碚摻虒W(xué)中，可通過ADAMS/CAR在虛擬環(huán)境中實現(xiàn)汽車操縱穩(wěn)定性和平順性等相關(guān)的仿真實驗，解決實際實驗條件限制帶來的問題。在ADAMS/CAR中用戶可以通過模板自行創(chuàng)建模型，也可調(diào)用共享數(shù)據(jù)庫中的系統(tǒng)或整車模型進行仿真分析。以汽車操縱穩(wěn)定性中的單移線實驗為例，對某車整車操縱穩(wěn)定性進行了虛擬仿真?？筛鶕?jù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置實驗條件，通過仿真計算，將實驗結(jié)果以動畫、曲線圖等方式展現(xiàn)。ADAMS/CAR所提供的仿真實驗平臺，可使學(xué)生方便地進行各種有關(guān)操縱穩(wěn)定性、制動性、平順性虛擬實驗，彌補了實驗教學(xué)內(nèi)容的不足。

4結(jié)束語

將計算機仿真技術(shù)應(yīng)用到汽車?yán)碚摻虒W(xué)，可以使教學(xué)質(zhì)量得到明顯提高。形象、生動的仿真模型分析與演示，既便于老師的講述，又使學(xué)生對理論知識有了深刻的理解，克服了客觀實際條件對理論教學(xué)的制約，同時也能培養(yǎng)學(xué)生對相關(guān)軟件學(xué)習(xí)的興趣與應(yīng)用能力。當(dāng)然充分利用多種計算機仿真工程軟件的優(yōu)勢來輔助教學(xué)，還需要大量的準(zhǔn)備工作，但考慮到對教學(xué)效果的提高改善與學(xué)生理論知識的學(xué)習(xí)，這將是十分必要。

作者：周紅妮 王保華 馮櫻 單位：湖北汽車工業(yè)學(xué)院汽車工程學(xué)院

汽車領(lǐng)域計算機仿真技術(shù)探討:汽車實訓(xùn)教學(xué)下計算機仿真技術(shù)應(yīng)用

1需求分析

1.1現(xiàn)階段維修汽車維修實訓(xùn)教學(xué)成本分析

1）實訓(xùn)室成本

現(xiàn)代“理論-實踐一體化”汽車維修類專業(yè)教學(xué)的關(guān)鍵就是將實訓(xùn)室變成教室，而能真實模擬汽車維修企業(yè)的實訓(xùn)室由以下幾個部分組成，首先是場地，其次是場地裝修。對于有些汽車總成或部件，需要對其進行切割改裝，這類教學(xué)用部件由于額外的改裝費用比購買這些總成部件的費用更為昂貴。另外還需要為展示這些教學(xué)設(shè)備購置如支架，電子操作平臺等。除了上述設(shè)備外，還需要購置用于檢測、拆裝和維修的配套工具。主要的檢測工具是與車型相匹配的車用檢測儀，主要的維修、拆裝工具是原廠工具和通用工具。一套完整的檢測、維修專用工具價格都在數(shù)十萬元左右。

2）教學(xué)材料成本（日常使用）

教學(xué)材料成本主要由油耗和易耗品組成。在油價日益上漲的情況下，成本上升也逐步顯現(xiàn)。帶有緊固部件的相關(guān)配件，如：汽油濾清器、機油濾清器在日常教學(xué)中因反復(fù)拆裝，而導(dǎo)致的損耗也是非常大的。

3）師資成本

在理論教學(xué)過程中，一名教師可以完成一個班級的理論講授。而在進入到實訓(xùn)環(huán)節(jié)后，往往會將學(xué)生分為若干小組，每個小組配備一名專業(yè)教師，同時授課，師資成本則相應(yīng)提高。

1.2傳統(tǒng)實訓(xùn)教學(xué)中的主要問題在現(xiàn)階段傳統(tǒng)汽車實訓(xùn)教學(xué)手段下或多或少都存在以下一些問題：

1）實訓(xùn)設(shè)備損耗大，投入成本大

從實訓(xùn)教學(xué)的角度來看，學(xué)生要掌握汽車維修某一項技能，都要經(jīng)歷“初步認(rèn)知—基本完成—熟練操作—靈活運用”四個階段。其中，學(xué)生畢業(yè)后在生產(chǎn)崗位上經(jīng)過一定時間的維修經(jīng)驗積累才能達(dá)到第四階段，本文對此暫不做討論。從上述的成本分析來看，由于維修工藝不熟悉、工具使用不恰當(dāng)、誤操作等原因，使學(xué)生在第一、二階段中必須經(jīng)過反復(fù)多次實際操作才能達(dá)到第三階段水平，因此一、二階段中所投入的成本是最高的。

2）實訓(xùn)教學(xué)安全性不足

由于汽車大多部件為金屬材料，且可進行高速的機械運動，加上學(xué)生對知識探求而產(chǎn)生的好奇心理，容易導(dǎo)致盲目操作而發(fā)生教學(xué)事故。另外，由于實訓(xùn)設(shè)備有限、學(xué)生人數(shù)眾多，造成教師在教學(xué)過程中不能全面管理而產(chǎn)生疏忽導(dǎo)致事故發(fā)生。

1.3應(yīng)用計算機仿真技術(shù)優(yōu)勢

隨著計算機技術(shù)及多媒體技術(shù)的發(fā)展，計算機輔助教學(xué)可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。相關(guān)職業(yè)院校近年來已經(jīng)在計算機多媒體教學(xué)上取得了一定的成果。各院校大多具備有一定規(guī)模的多媒體教學(xué)設(shè)施，教師可以在教學(xué)中使用專業(yè)相關(guān)的多媒體課件，學(xué)生樂于接受多媒體教學(xué)這一手段。但是大多數(shù)的多媒體教學(xué)課件，僅能在教學(xué)中起到演示作用，缺乏與學(xué)生的互動功能，僅能理解為對傳統(tǒng)板書的影像演示。利用計算機仿真手段，制作類似于3D游戲的系統(tǒng)操作界面，使用人機交互的方式，將汽車，如發(fā)動機，各個部件的拆卸，檢修，裝配，調(diào)整等實驗結(jié)合在一起，通過計算機進行虛擬操作。學(xué)生通過該平臺可模擬汽車發(fā)動機拆裝檢修、整車排故等操作，同時可配備了大量的教學(xué)資源以供學(xué)生在拆裝過程中隨時查閱，從而更好的掌握實際操作的要領(lǐng)及操作步驟。由計算機仿真技術(shù)開發(fā)的模擬系統(tǒng)，可具有較好的擴展性，根據(jù)不同的需求，進行相應(yīng)的修改即。如根據(jù)車型更新、等級工考核、企業(yè)員工培訓(xùn)等方面的變化進行適時調(diào)整。從而為解決教育投入不足，而引起的學(xué)生人數(shù)與實訓(xùn)設(shè)備臺套數(shù)不匹配等問題提供具有可行性的解決途徑。

2可行性分析

2.1計算機仿真實訓(xùn)系統(tǒng)涉眾及用戶類型分析

1）涉眾分析：

該平臺的涉眾主要包括對應(yīng)部門管理者，使用的教師及學(xué)生。

2）用戶分析：

該平臺用戶類型主要包括學(xué)生及教師，用戶說明及職責(zé)等見表2簡述。

2.2系統(tǒng)開發(fā)簡述

利用AS3作為開發(fā)工具，以SWF動畫文件的呈現(xiàn)系統(tǒng)界面，穩(wěn)定性較高。在系統(tǒng)中涉及的零件及工具模型可使用3DMAX三維建模完成，導(dǎo)入flash庫中作為元件，立體感強，外形逼真。在開發(fā)過程中，類文件獨立，分別與源文件綁定，完成相應(yīng)功能。源代碼及源文件建檔清晰易查。在系統(tǒng)升級時，類文件以及部分源文件可以繼續(xù)使用（場景、元件等），進而降低了維護成本。在硬件方面，用戶單機版對用戶機要求不高，普通的計算機都能夠滿足需求。

3小結(jié)

在汽車實訓(xùn)教學(xué)初期，利用計算機仿真模擬系統(tǒng)來部分替代實物實訓(xùn)操作作為輔助教學(xué)手段，不僅可行而且具有顯著優(yōu)勢。仿真系統(tǒng)可以降低教學(xué)成本，提高學(xué)習(xí)效率，今后也將是大勢所趨。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，建模成本及開發(fā)成本有望進一步降低，且更具有互動性和真實感的模擬系統(tǒng)將會不斷的推陳出新,并投入到實際應(yīng)用中去。

作者：奚德琳 單位：上海市交通學(xué)校信息中心